计算负荷两种实用计算方法的比较

第25卷 第3期2007年6月 青海大学学报(自然科学版)

Journal of Qinghai University(NatureScience) Vol 25No 3

Jun 2007

计算负荷两种实用计算方法的比较

李会娟

(青海大学化工学院, 青海西宁 810016)

摘要:通过需要系数法和二项式法对用电设备组的计算负荷进行计算后, 指出两种方法的应用条件和应注意的问题, 给出了一种新的补充算法。

关键词:计算负荷; 需要系数法; 二项式法

中图分类号:TM11 文献标识码:B 文章编号:1006-8996(2007) 03-0055-04

Comparison of two methods for calculating calcu lated load

LI Hui juan

(Chemical Engineering College, Qinghai University, Xining 810016, C hina)

Abstract:Demand coefficient method and binomial method for calculating calculated load of po wer equip ment was compared by using an example. The application conditions of the two methods were proposed and their shortcomings were pointed out. A ne w formula was put forward.

Key words:calculated load; demand coefficient method; binomial method

计算负荷是供电设计计算的基本依据。供电系统要安全可靠运行, 其中用电设备组的计算负荷确定得是否正确合理, 直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。确定用电设备组的计算负荷主要有需要系数法、二项式法和利用系数法, 我国目前常用的是前两种方法。本文对前两种算法进行分析比较后[1], 得出两种算法各自的应用条件, 并给出新的补充算法。

1 用电设备组计算负荷的确定

计算负荷, 是通过统计计算得出的以各假想负荷, 按发热条件选择供电系统中各元件的负荷值。用电设备组的计算负荷是指用电设备组从供电系统中取用的半小时的最大负荷P 30。一般在求出有功负荷P 30后, 还必须求出无功负荷Q 30、视在负荷S 30和电流I 30。

1 1 需要系数法确定计算负荷

需要系数K d , 是用电设备组在最大负荷时需要的有功功率P 30与其总的设备容量(备用设备的容量不计入) P e 的比值。

需要系数法的基本公式: P 30=K d P e =K d P n

Q 30=P 30tan

S 30=P 30/cos

I 30=S 30/(U n ) [2](1) (2) (3) (4)

式(1) 中P n 为设备的额定容量, 是设备在额定条件下的最大输出功率; P e 为用电设备组的设备容量, 指用电设备组所有设备(不含备用设备) 的额定容量之和。K d cos 和tan 可通过 用电设备组的需要系数、二项式系数及功率因数值! 表[3]得到。

1 2 二项式法确定计算负荷

二项式法的基本公式 P 30=bP e +cP x

收稿日期:2006-12-11

作者简介:李会娟(1978∀) , 女, 青海西宁人, 讲师。(5)

56 青海大学学报 第25卷 式(5) 中b 、c 为二项式系数; P x 是x 台最大容量设备的设备容量和; bP e 为用电设备组的平均功率; cP x 为用电设备组中x 台容量最大的设备投入运行时增加的附加负荷。二项式系数b 、c 和最大容量设备台数x 及cos 、tan 可查表。无功负荷Q 30、视在负荷S 30电流I 30的计算方法和需要系数法一致。1 3 两种算法求解计算负荷举例

例1 已知机修车间的金属切削机床组, 有电压为380V 的三相电动机15kW 1台, 11kW 3台, 7 5kW 8台, 4kW 15台, 其他更小容量电动机总容量35kW 。试确定计算负荷P 30、Q 30、S 30和I 30。

用需要系数法求解:P e =15kW #1+11kW #3+7 5kW #8+4kW #15+35kW=203kW

查表, 得K d =0 16~0 2, cos =0 5, tan =1 73

取K d =0 2进行计算 P 30=0 2#203kW=40 6kW

Q 30=40 6kW #1 73=70 2kvar

S 30=40 6kW/0 5=81 2kV ∃A

I 30=81 2kV ∃A/(3#0 38KV) =123 5A

用二项式法求解:查表得b =0 14, c =0 4, x =5, cos =0 5, tan =1 73

P e =15kW #1+11kW #3+7 5kW #8+4kW #15+35kW=203kW

P x =15kW #1+11kW #3+7 5kW #2=63kW

P 30=0 14#203kW+0 4#63kW=53 6kW

Q 30=53 6kW #1 73=92 7kvar

S 30=53 6kW/0 5=107 2kV ∃A

I 30=107 2kV ∃A/(#0 38kV) =163 1A

通过例1的计算可知, 二项式法计算出的P 30、Q 30、S 30和I 30四个参数的值比需要系数法计算出的四个参数的值偏大。这是由于需要系数法主要考虑一组设备不可能同时工作, 同时工作的设备又不可能同时处于满负荷状态, 因此, 只适用于设备数较多, 且设备间容量差别不大的场合; 而二项式法主要考虑到少数大容量负荷对计算负荷的影响, 二项式法适用于设备数较少, 而设备间容量差别较大的场合。1 4 两种计算结果比较

(1) 对于例1当K d 增大时, 需要系数法的结果不断增大。当K d >0 264时, 需要系数法比二项式法的计算结果大。但需要系数的定义式为K d =K K 1/( e w 1) , 式中的K 为设备组的同时系数, K 1为设备组的负荷系数, e 为设备组的平均效率, w 1为配电线路的平均效率。用电设备组的设备实际上不一定都同时运行, 运行的设备也不大可能都处于满负荷状态, 同时各设备本身有功率损耗, 因此在实际计算中的需要系数很难根据其定义式计算得到, 只能是一个统计结果的平均值。

(2) 对于例1当K d 取0 2, b 取0 14, c 取0 4时, 当P x >15%Pe , 即当P x >30 45kW 时需要系数法比二项式法的计算结果大。即同样工况的设备机组, 其x 台最大容量设备的总容量增大时, 二项式法比需要系数法计算出的各参数的数值偏大的趋势也随之增加。

(3) 对于例1当K d 取0 2, b 取0 14, c 取0 4时, 当P e >4 67P x 时, 即当P e >420kW 时需要系数法比二项式法的计算结果大。即最大容量设备的总容量相同的设备机组, 设备组的总容量增大时, 需要系数法比二项式法计算出的各参数的数值偏大的趋势也随之增加。

2 两种算法的应用条件

2 1 需要系数法的应用条件

(1) 需要系数值是按用电设备组台数较多的情况确定, 所以其值一般较低, 如果采用需要系数法计算分支干线上的用电设备, 表中需要系数值偏小, 宜适当取大。2, 30, ,

第3期 李会娟:计算负荷两种实用计算方法的比较 57 有一台电动机时, 其计算负荷P 30=P n / , 式中 为电动机的功率。在K d 适当取大的同时, cos 也宜适当取大。

(3) 需要系数值与用电设备的类别和工作状态关系紧密, 因此, 计算时要正确判明用电设备的类别和工作状态, 以免造成错误。

例如机修车间的代表性金属切削机床电动机, 查表时各系数应使用小批生产的冷加工机床数据。又如压塑机, 拉丝机和锻锤等, 属于热加工机床, 查表时各系数应使用热加工机床数据。再如起重机, 行车, 电胡芦, 卷扬机等, 实际上都属于吊车类, 查表时各系数应使用吊车数据。

2 2 二项式法的应用条件

(1) 按二项式法确定计算负荷时, 如果设备总台数n

(2) 如果用电设备组只有1~2台设备时, 就可认为P 30=P e , 即b =1、c =0。对于单台电动机, 则P 30=P n / 。在设备台数较少时, cos 也应适当取大。

(3) 二项式法比需要系数法更适于确定设备台数较少而容量差别较大的低干线和分支线的计算负荷。我国建筑行业标准[4]也规定:%用电设备台数较少, 各台设备容量相差悬殊时, 宜采用二项式法&。3 两种算法的补充算法

3 1 需要系数法和二项式法存在的问题

关于这两种方法的研究资料中, 只是注明:当设备数n (3时, 不采用上述两种方法, 将用电设备的容量和作为计算负荷。也就是说, 三台以下的设备同时工作于满负荷的可能性是存在的。当设备数多于3台时, 计算负荷的容量也应该大于最大三台设备的容量和。但实际上, 当n >3时, 采用这两种方法求解计算负荷有可能不符合实际情况。

需要系数法中, 当n >7 38k +3(k 的大小表征着设备组容量差异的程度) 时[5]建立了容量差异程度与所需量小设备数量之间的关系。从该式可以看出(1) 用需要系数法求解床组设备计算负荷时, 设备数不能低于11台(k =1) ; (2) 设备间容量差异越大, 所要求的最少设备数量越大; (3) 当设备数较少, 而采用了需要系数法求解计算负荷时, 应该进行检验。方法是用计算负荷与三台最大负荷容量和相比较, 如果计算负荷小于三台最大负荷的容量和, 则应考虑用二项式法重新求解计算负荷, 或采用下文的补充算法。

二项式法中, 当n >4k -3(n >5) [5]时建立了设备组容量差异程度与所需最少设备数之间的关系。从该式可以看出:(1) 采用二项式法计算时, 应注意负荷容量差异与所要求的最少设备数量之间的关系。差异越大, 所要求的最小负荷数量越多; (2) 一般情况下, 负荷数较少时, 如果用二项系数法求解计算负荷应进行检验, 计算负荷应与最大三台负荷容量和相比较, 如果低于三台最大负荷容量和, 则应适当提高计算负荷值, 或采用下文的补充算法。

3 2 两种算法的补充算法

鉴于采用需要系数法和二项式法求解计算负荷时有可能发生计算负荷小于三台最大负荷的容量和的现象, 现提出下面补充公式:

P 30=A

i=1 P i +n P 3max (6)

式(6) 中, A 为平均负荷系数, 对机床负荷可取0 14; P 3max 为最大三台负荷的容量和。

式(6) 是考虑到最大三台负荷同时满负荷工作, 其它设备处于平均负荷状态时的情况。所给公式是以机床设备为例得出, 对于其它类型的设备应另行推导。

例2 一组冷加工机床设备, 有100kW 设备1台; 30kW 设备1台; 10kW 设备10台。试确定计算负荷I 。

58 青海大学学报 第25卷

解:三台最大负荷容量之和P 3max =140kW

需要系数法求解:取k d =0 2; P 30=0 2(100+30+10#10) =46kW

二项式法求解:取b =0 14; c =0 4; x =5;

P 30=0 14(100+30+10#10) +0 4(100+30+10#3) =96 2kW

结果表明, 两种计算方法, 计算结果都明显偏小(甚致小于最大的单台设备容量) 。

补充算法:A =0 14; P 3max =140kW;

P 30=0 14(100+30+10#10) +140=172 2kW>P 3max

Q 30=172 2kW #1 73=297 9kvar

S 30=172 2kW/0 5=344 4kV ∃A

I 30=344 4kV ∃A/(#0 38kV) =523 9A

由此, 在需要系数法和二项式法求解出的计算负荷都不符合实际工作情况时, 可用补充算法重新计算, 得出更符合实际的计算负荷。

4 结语

由于负荷情况复杂, 影响计算负荷的因素很多, 同一用电设备组的负荷也不是一成不变, 因而负荷计算一定要根据设备的性能, 实际设备运行情况, 生产的组织以及能源供应的状况等多种因素综合考虑, 结合实际应用条件, 选取需要系数法或二项式法进行计算, 并对计算结果进行检验, 必要时用补充算法对结果重新计算, 使计算负荷更符合实际运行工况。

参考文献:

[1]李宗纲, 梁学相, 钱 锐, 等. 工厂供电设计[M]. 长春:吉林科学技术出版社, 1985. 7-20.

[2]刘介才. 工厂供电[M]. 北京:机械工业出版社, 2004. 35.

[3]中国建筑东北设计研究院. 电力工业标准汇编[M]. 北京:中国电力出版社, 1999. 166.

[4]J GJ /T16-1992, 民用建筑电气设计规范[S].

[5]刘 刚. 负荷计算方法的补充[J]. 黑龙江电力, 1999, (6) :34.

(责任编辑 陈 军)